Устройство для измерения параметровпомехоустойчивости дискретных блоков

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

l (61) Дополнительное к авт, саид-ву— (22) Заявлено 050979 (Я1) 2824644/18-24 с присоединением заявки14о (23) Приоритет—

Опубликовано 230681. бюллетень 1 1о 23

Дата опубликования описания 230681 (51)М. Кл З

G 25/00

G 06 Р 15/36

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 398 (088. 8) (72) Авторы изобретения :В. Ф. Мелехин и С. Г. Захаров

1 ;?- 1

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. КалиниФв-(71) Заявитель (54) УСТРОпСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПОМЕХОУСТОттЧИВОСТИ ДИСКРЕТНЫХ БЛОКОВ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании и наладке дискретных блоков средств вычислительной техники.

Суммарную помеху на каждом входе дискретного блока можно рассматривать как случайный процесс и задачи по измерению помехоустойчивости дискретных блоков решать посредством статистических методов.

Известно устройство для определения показателя помехоустойчивости дискретных блоков, содержащее пороговые элементы, соединенные с индикаторами. В поле действия электромагнитной помехи устанавливается рамочная антенна, учитывающая основные конструктивные параметры линии связи между блоками дискретного действия. Регистрирующая часть прибора состоит из 20 самостоятельных разрядов, каждый иэ которых имеет свой делитель с определенным, фиксированным коэффициентом деления, и запоминающего элемента — триггера.

Входы триггера через делители подключены к общему входу прибора — ра. мочной антенне,а выходы — к общему индикатору (11.

Недостатки устройства — низкая точность определения показателя помехоустойчивости и большое время измерения. Низкая точность связана с тем, что рассматривается действие только внешних электромагнитных помех без учета помех по цепям питания и внутренних перекрестных помех в процессе работы. Большое время измерения связано с тем, что обычно помехи сравнительно редко превышают порог срабатывания элементов, а делители делают эти события еще более редкими. Поэтому

15 требуется большое время для сбора статистического материала, достаточного для определения показателя помехоустойчивости.

Наиболее близким техническим

20 решением к предлагаемому изобретению является устройство для определения покаЗателя помехоустойчивос ги дискретных блоков методом ускоренных натурных испытаний, со25 держащее блок задания выдержки времени, счетчик, ключ, преобразователь поля помехи в напряжение и усилитель, вход которого соединен с преобразователем поля помехи в напряжение, а выход — с пороговым

841012 элементом, выход которого через ключ, подключенный к блоку задания выдержки времени, соединен с входом счетчика, к выходам которого подсоединен индикатор (2) .

Недостаток этого устройства отсутствие возможности производить измерения помехоустойчивости дискретных блоков в процессе их работы при одновременном действии внешних и внутренних помех. Кроме того, для определения показателей помехоустойчивости дискретных блоков необходимо производить многократные дополнительные измерения при различных коэффициентах усиления.

Цель изобретения — повышение точности определения показателей помехоустойчивости дискретных блоков в процессе их работы, а также повышения быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков, содержащее подключенный к первому входу устройства согласующий блок, регистраторы сбоев и в каждом измерительном канале усилитель и элемент памяти, введены регистраторы полезных сигналов, инвертор, генератор синхроимпульсов, переключатель, триггер режима работы, формирователь управляющих сигналов, генератор меток времени и в каждый четный измерительный канал введен инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя, выход с первым входом элемента памяти, в каждом нечетном измерительном канале выход усилителя соединен с первым входом элемента памяти, входы усилителей всех измерительных каналов объединены и соединены с вы-, ходом согласующего блока, первыми Вхо дами триггера режима работы, первого регистратора полезных сигналов и через инвертор — с первым входом второ го регистратора полезных сигналов, выходы элементов памяти каждого нечетного и следующего четного измерительных каналов соединены соответственно с первым и вторым входами соответствующего регистратора сбоев,, выход генератора синхроимпульсов соединен с объединенными вторыми входами триггера режима работы, ре гистраторов полезных сигналов и элементов памяти всех измерительных каналов, выходы переключателя соединены с третьим и четвертым входами триггера режима работы, выходы которого соединены с первым и вторым входами формирователя управляющих сигналов, выходы регистраторов полезных сигналов соединены соответственно с третьим и четвертым входами формирователя управляющих сигналов, выходы элементов памяти последнего нечетного и последнего четного измерительных каналов соединены соответственно с пятым и шестым входами формирователя управляющих сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами регистраторов сбоев, пятые входы которых объединены и соединены с выходом генератора меток времени, шестые входы объединены и соединены со вторым входом устройства, кроме того регистратор сбоев содержит последовательно соединенные коммутатор, счетчик числа сбоев, элемент переполнения, ключ и счетчик времени, выход элемента переполнения соединен с сигнальным входом коммутатора, информационные входы которого соединены с первым и вторым входами регистратора сбоев, управляющие входы — с третьим и четзертым входами регистратора сбоев, входы сброса счетчика числа сбоев и счетчика времени соединены с шестым входом регистратора сбоев, управляющий. вход ключа соединен с пятым входом регистратора сбоев.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков; на фиг. 2 — структурная схема регистратора сбоев.

Гтруктурная схема устройства для измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков содержит 2л измерительных нечетных 1 и четных 2 каналов, причем каждый из нечетных каналов 1 содержит последовательно

coeäÿHåííûå усилитель 3 и элемент 4 памяти, а каждый четный измерительный канал 2 — усилитель 3, элемент 4 памяти и инвертор 5. Устройство также содержит согласующий блок б, n„ pe;-истраторов 7 сбоев, триггер 8 режимов работы, формирователь 9 управляюи„.их сигналов, переключатель 10, генератор 11 синхроимпульсов, генератор

12 меток времени, регистратор 13 полезных сигналов (единицы), регистратор 14 полезных сигналов (нуля).

Каждый из нечетных п каналов 1 предназначен для выявления сбоев при передаче "нуля", а четные и каналов

2 — для выявления сбоев при передаче "единицы". Подсоединение к точке измерения параметров дискретного блока осуществляется через вход 15 посредством согласующего блока б, содержащего эмиттерный повторитель с согласованным коаксиальным кабелем, либо просто коаксиальный кабель, и предназначенного для уменьшения влияния входных параметров дискретного блока на точность измерения.

Формирователь 9 управляющих сигналов предназначен для коммутации выходных сигналов нечетного 1 и четного

2 каналов в зависимости от режимов работы устройства при передаче "нуля" или "единицы", для разрешения

841012 регистрации сбоев, выявленных любым из каналов (соответствующих текущему режиму работы), запрещению регистрации сигналов на выходах любого из каналов в случае выявления полезных сигналов. Для выполнения указанной цели формирователь 9 реализует логические функции — входные сигналы х на первом — шестом 16-21 входах формирователя, выходные сигналы у на первом 22 и втором 23 выходах.

В таблице представлены логические функции, реализуемые формирователем.

Π1 1 — 1

О

О 1 — — О О

Π1 Π— 1 — 1

1 Π— — — 0 О

1 Π— Π— 1 0

1 Π— 1 — 1 О

П р и м е ч а н и е: x — входные сигналы; у — выходные сигналь .

Выходные сигналы у,, у,„ появляются с задержкой », отйосительно сигналов "единицы" на его пятом и шестом входах. Задержка необходима для того, чтобы успели сработать регистраторы 13 и 14 при появлении полезных сигналов на входе 15.

Триггер режима работы устройства 8 гредназначен для выявления одного из двух режимов работы устройства соответствующих передачи "нуля" либо "единицы". Он представляет собой 0-триггер синхронизируемый перепадом потенциала О/1 с асинхронными RS входами.

Первый вход 24 триггера 8 соответствует информационному 0 входу и соединен с выходом согласующего блока б. Второй вход 25 является входом синхронизирующих импульсов и соединен с выходом генератора синхроимпульсов 11. Третий и четвертый .26 и .27 входы являются асинхронными входами RS и подсоединены к выходам переключателя режимов 10.

Переключатель режимов 10 может устанавливать три возможных значения входных сигналов х27, х б на асинхронных входах 2б и 27 триггера 8: а) х = 0, х „ = Π— автоматическая установка режимов работы устройства по си; íàëàì на входе 15; б) х б = Оt х„7 = 1, — режим регист27 рации сбоев при передаче "единицы". при этом выходные сигналы у триггера 8 на выходе 28, 29 — у В

У = О; в) х ь -1, х, „- О -Реж??м регистрации сбоя при передаче "нуля,", I1pH dTOM у, = О, Y g = 1 .

Структурная схема регистратора 7 (фиг. 2) содержит коммутатор 30, вы- . ход которого подключен к счетному входу счетчика 31 сбоев, выход счетчика подключен ко входу схемы 32 переполнения, выход которой подключен ко входу ключа 33, а также сигнальному входу коммутатора 30, выход ключа подключен ко входу счетчика 34 времени. Вход 19,предназначенный для начальной установки, подключен ко входам сброса счетчиков 31 и 34.

Коммутатор 30 предназначен для коммутации выходных сигналов нечетного 1 и четного 2 к" í.à- ë.îâ, подключенных к первому и второму входу

2Q регистратора 7 в зависимости От сигналов на управляющих входах, а также в зависимости or сигнала переполнения счетчика 31 сбоев на сигнальном входе.

Работа устройства заключается в следующем.

Дискретный блок, параметры которого измеряются, представляет собой сеть соединенных логических элементов, заканчивающихся приемным элементом, представляющим собой элементарный дискретный блок с памятью, например триггер. Помехи действуют на сеть СОединений лОгических элемен35, ° . *

T-oÿ и их результирующее действие приводится ко входам элементарных дискретных блоков с памятью (например) триггеров. Таким образом, точками подсоединения предлагаемого устройства являются входы три)-. ppoB(40 счетчиков„ регистров. Результируюцее действие помех, приведенных ко входу исследуемого дискретного блока, усиливается широкополосными усилителями 3 ПО каждОму R3 2г? каналов и передается на вход элемента 4 пмят??.

B каждом из 2я каналов усилители 3 установлены с различными строго фикHp0I? d E? ными 3 начениями Iio&ффициентов,усиления. Усиленная помеха в каж" дом из каналов может гривести к срабатыванию элемента гамяти, что и фиксируетсЯ им как сбОЙ.

B начале каждого такта элемент? 4 г1амяти приводятся в исходное состояние синхроимпульсом с выхода генера" тора 11. Нечетные каналы 1 испол зуются для выявления сбоев при передач1? "нуля". С этой целью ус??лители 3 нечетных каналов 1 построены таким образом, что при "нулевом" сигнаЛе на

60 входе ?. 5, на BHxoI G усилителЯ 3 же имеется нулевой сигнал . Усилители

3 четных каналов настроены так, что при "единице" на входе 15, на выходе усилителя также "единиц ". Си?..налы

О сбоях, выявленных с помощью эле0

841012

:. де

«р,р о р ментов 4 памяти, через коммутатор 30 поступают на вход счетчика 31 сбоя.

Для регистрации сбоев необходимо выделить различные ситуации. Во время данного такта идет передача "нуля", либо передача "единицы", искажение передаваемого сигнала обусловлено помехой, либо обусловлено сменой передаваемого сигнала (полезный сиг— нал). Для автоматического выявления перечисленных ситуаций и выработки необходимых управляющих сигналов на третьем и четвертом входах регистраторов 7 сбоев используется триггер 8 режима работы и формирователь 9 управляющих сигналов.

Возможны три режима работы устройства, задаваемые »ереключателем

10. При режиме "Автоматическая работа" х — — х 7 —— О, При этом в начале каждого такта триггер 8 переходит в состояние, соответствующее передачи сигнала "О" или "1" в зави-симости от сигнала на входе 15 в этот момент времени, При режиме "ПеРедача нуля х б 1,х27 = О трит— гер все время находится в состоянии

"О". При режиме "Передача единицы" х << — — О, х = 1 триггер все время находится в состоянии "1". Если при передаче "0" сработает регистратор 13, то это означает, что на входе 15 появляется полезный сигнал "1".

Возникновение помехи, равной »о величине или большей полезного сигнала, маловероятно и пренебрежение этим мало скажется на результате измерений.

Аналогично, срабатывание регистратора

14 при передаче "1" воспринимается как появление на входе 15 полезного сигнала "0". Регистрация сбоев, выявленных нечетным каналом 1 (при пе— редаче нуля) разрешается только тогда (y, = 1), когда зафиксирован режим »ередачи нуля (х = О) и не возникло полезного сигнала "1" (х,> = О). Соответственно регистрация сбоев, выявленных четным каналом

2 (при передаче ециницы) разрешается только тогда (у = 1), когда зафиксирован режим передачи единицы (x = 1) и не возникло полезного сигнала "О" (х„9 — — О).

Перед началом измерений осуществляется установка в "нуль" счетчиков 31 и 34 сигналов на входе втором устройства. После этого в каждом регистраторе 7 сбоев счетчика 31 ведется счет сбоев, выявленных в соответствующем канале. Счетчики 34 времени ведут счет текущего времени от начала измерений.

Переполнение счетчика сбоев фиксируется схемой 32 переполнения, сигнал с выхода которой подается на сигнальный вход коммутатора 30, и навход ключа 33, в результате чего осуществляется запрет на счет сбоев в счетчике 31 и счет временных интервалов счетчиком 34 времени, поступающих с генератора 12 меток времени. Таким образом автоматически заканчиваются измерения по каждому из каналов. По содержимому счетчиков 31 q.

L среднее число сбоев в единицу времени, вызванных помехой, усиленной в известное (k ) число раз, 1 — номер канала.

Вследствие большого количества независимых воздействий, определяющих суммарное напряжение помехи на входе исследуемого дискретного блока, зависимость этого напряжения от времени можно рассматривать как нормальный случайный процесс, Поскольку большую часть времени эксплуатации дискретных блоков составляют установившиеся режимы работы, то можно предполагать, что это суммар20 ное напряжение помехи представляет стационарный нормальный процесс.

При этом исследование процесса сбоев дискретных блоков можно свести к задаче о выбросах.

При оценке помехоустойчивости дискретных блоков от изучения случайного распределения суммарного на— пряжения помехи ча входе исследуемого дискретного блока можно пере— йти к рассмотрению более простого стохастического процесса — потока сбоев дискретного блока. При этом существенно отметить, что как при эксплуатации, так и при ускоренных

3« испытаниях с усили — åëåì сбои-собы— тия редкие и подчиняются закону

Пуассона.

Вероятность того, что за промежуток времени Т нет ни одного сбоя, можно выразить зависимостью р,о

- x;-X1 е ре)=«е„ (е,, T1=üõð- ехр(-е ))

27 Ü ð - 2Ъ среднее число выбросов стационарной нормальной функции за уровень х в единицу времени; уровень порога срабатывания дискретного блока,, уменьшенный в 1« раз, здесь значение коэффициента усиления усилителя; среднеквадратические отклонения суммарной помехи Р(t) и ее производной; среднее значение.

В процессе измерения помехоустойчивости дискретных блоков за интер () вал времени измерения t определяеерый счетчиком 34 временй,измеряется число сбоев и„ счетчиком 31 сбоев по каждому из и каналов, т.е, при заданных значениях коэффициентов усиления усилителей рассчитываются оценки Р

841012 для интересующего интервала времени T где Р, = exp(-р„ Т), (2)

Ъ k (3) где k — число независимых опытов.

Поскольку помеха Р(с) усилена, то сбои элементарного дискретного устройства с памятью происходят интенсивно, испытания можно провести ускоренно.

Полагая, что помеха стационарна, можно считать, что Ъу и 3q в (1) постоянны. Для этого математическую модель о процесса сбоя ДУ (1) удобно представить параболой второго порядка

z = а + а,xÄ + а x (4)

0 =En

2R Ь,р Ъ,р

25

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков, содержащее подключенный к первому входу устройства согласующий

4 блок, регистраторы сбоев и в каждом измерительном канале усилитель и эле. мент памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены регистраторы полезных сигналов, инвертор, генератор синхроимпульсов, переключатель, триггер режима работы, формирователь управляющих сигналов, генератор меток времени и в каждый четный измерительный канал введен инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя, выход с первым входом элемента памяти, в каждом нечетном измерительном канале выход усилителя соединен с первым входом элемента памяти, входы усилителей всех измерительных каналов объединены и соединены с выходом согласующего блока, первыми входами триггера режима работы, первого регистратора полезных сигналов и через

O = —, Q =- —, Ь - ХЪ

Р Ф

6l (El1P ) .

1 1

Значения ар, а„, а определяются решением системы йормальных уравнений, в которых коэффициентами являются статистические моменты системы двух величин х„, г . Вероятность отсутствия сбоя Рр (с) при истинном уровне порога срабатывания (x =x" =1)

t определяется путем экстраполяции экспериментальных значений, используя выражение (4), Таким образом, результатами прямых измерений являются средняя плотность числа сбоев по каждому из каналов элементарного дискретного устройства с памятью при заданных значениях коэффициентов усиления усилителя. По результатам таких измерений рассчитываются вероятности отсутствия сбоев ." из (2). По значениям Р;, определяк>тся параметры параболы (4), которые позволяют путем экстраполяции рассчитать значение вероятности отсутствия сбоя

Рр при истинном пороге срабатывания (x=x =1), т.е. там, где эксперимент не проводится ввиду редкости сбоев.

По результатам проведенных измерений на отдельных входах исследуемого дискретного блока можно определить его помехоустойчивость в процессе работы при одновременном действии внешних и внутренних помех, что позволяет за короткое время локализовать наиболее вероятные места возникновения сбоев, оценить эффективность принимаемых мер для повышения помехоустойчивости. Это приводит к существенному уменьшению времени наладки опытных образцов средств вычислительной техники, их опытной эксплуатации и проведения необходимых доработок.

Экономйческая эффективность предлагаемого устройства по отношению к ранее известным состоит в уменьшенйи времени исследования и повышении точности измерения.

Измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков посредством предлагаемого устройства производятся в течение нескольких минут либо десятков минут. Использование многоканального принципа измерения сокращает время измерений по отношению к известному в число раз, равное числу каналов. В предлагаемом устройстве целесообразно применять 5-6 каналов. Таким образом, время измерения по сравнению с известным сокращается не менее чем в

5-6 раз.

Предлагаемое устройство позволяет производить измерения помехоустойчивости дискретного блока при одновременном воздействии как внешних, так и внутренних помех в процессе его работы, поскольку выявля-. ется действие полезного сигнала для регистраторов 13 и 14 полезных сигналов и исключается их учет регистратором 7 при помощи формирователя управляющих сигналов . Измерения производятся при отсутствии полезного сигнала либо тогда, когда полезный сигнал не соответствует по параметрам своему истинному значению вследствие действия помех, причем измерения осуществляются одновременно как в положении "нуля" измеряемого дискретного блока, так и в положении "единицы", осуществляемом автоматически триггером 8 режима работы. По сравнению с известным это составляет повышение точности измерений в 2-3 раза. инвертор — с первым вхоцо> (Второго регистратора полезных сигналов, вь:—

ХОДЫ ВЛЕМРНтОВ ПаМЯтИ КРЛДОГО Н-". с}ЕтНОГО И СЛСДУK)l()ЕГО (Яе НОГО 3." ЗМЕPИ тельных каналов соелинены соответственно с первым и вторым входами соответ(ству)оцего регистратора сбоев;

ВЫХОД ГЕНЕРатоРа СИ?(Хт>ОИ(ИПУЛ(ЬСО(3 СО единен с Объединенными вторыми входс(ми три 3. Гера режима рс(боты 3 ре". Н(IT= ратОрОВ полРзных сиГналОВ и эл(==:мен—

TOB I3аМЯТИ ВСРХ ИЗМЕРИТЕ3(ЬНЫХ К(Знс(ЛОВ, В; )ХОДЫ ПЕРР 3)II>((;-„T Етн Г ОЕ)()3НЕ?)Ы

С ТРЕТЬИМ И с}ЕТВЕОТЬ)М ВХОВаМ?(ТРИ (" т.Ера режима. работы > Bb)3(0öû кОторОГО

COP ÖHHÑHb3 C HCPBb3M И ВТОРЫМ ВкодаМ). фо(Р(МИРОВ атЕЛЯ >7ПРаВТ(Я)ОЩК)Х СИГНаЛОВ . выходы регистраторов полезных сигналов соединены соответственно с третьим и (етверть)м вход-=ми фopM)}poBaTeля управля)))щих cH} HcL«OB выходы злеМРНТОВ ПамЯТИ ПОСЛЕ>тис .О I-.ЕЧЕ.(.Н.: }с») ((Осттеднет О "-(е т ?(огo и.3меерите)льных каналов соединены соответственно с (3ЯТЫМ И ШЕCТ))М Byo}IBт((3 т))ОР>()33РОВВЦТЕЛЯ (((3ÎаВЛЯК)т(3ИХ СИТ Нс ЛOB ПЕОВЫЙ И В "(>—

Рой ВЬ)ХОДЬ) (<ОтOPO O Ос.ДИНс Н; С;>ОТВЕтСтВЕННО С тРЕт,NM Н т(ЕТВЕР (E«(3 входами регистраторов сбоев,, пятые

ВХОДЫ 3(OTOPb)X 00 heÖH)>H?(, И ГОРД%: НЕ "

Н т С ВЫХОДОМ 3 ЕНЕттатОРа,)C T(O}("„P(i-— -.;:.- - н .,(c .,;,, )3>.c)«ы Обьединен ) и с0: — цинены со . «срым вхоцом ус гройс. тва.

) т}033(3 330 HO П)

C и;М т тО " (ГИ ТPB TÎP с.-,Оев -,одер>кит последоьате3(ьно соЕ) ИНЕННЫЕ КОМ>МУТВТОР ° Ст(ЕТ ЧИК с(ИСЛа ((!

Сев (, лемеH".- Л(3)-(.:- и;>тт)-;еHия, >тт)()я тт с (3ð T(>(Hê време?(33; выхотт эл=(ме Hта т! = СЕ ::)i?(ЕНИЯ СOC > И!)Р Н С C el(HB,ÒEНЫМ вход;;.., )(оммутатopa, ?((«формационные

В, Π—,. (! );(> (ОРС(}-О !. (>Е ттн?)Е Ilb),-,ЕРВЬ)3(((И

ВТО)РЬсы В :.ОДЦМИ ->ЕГИСтРаТОРа СГОЕВ, у(-(>a в>)я:.о.:,»e в:-;Оды — с тре ть им и

"- =..т .-e (c o I.,-IM входа H )«eãêc Tpb} Topà с ооев, вт. >3((;, ()ро, ° w, (lw ни?(а ((«Ic II BI сбоев и

СЧЕТ :,Н?.а! ВУЕМ(ЗНИ СОЕД)ИНЕНЬ) С ШЕСТЫМ в}(с>ДО ()се Гистратора обо ".E уп(ав—

1(с(?(!1!1(Й ВХРЛ К„((т((=-а . ОРЛИНЕ Н С П)«ТЫМ

»! -; Рат-;НИ H ?СОЯ;тт:Е с })Р -(()i (и От) Е Н),.Е

Слт с)а(>(НЬ)Х ИМ?тУЛЬСH= .Х ЗЛЕ)(т >ОМГНит-.(в — -- -"--ньтх ()о?!е>((— 330,— (-..Осы pp)(H(.>;3.))I)(,— ( — -> (р )(- * ((i)" О 7".1 Тн Г, т

841012

Фиг. 2

Тираж 691 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4775/78

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Бочарова

Редактор Н. Пушненкова Техред A. Савка КОРРектоР Г. Назарова